厉害,氢气是番茄生根调节关键信号分子

氢气生物医学领域有一个比较活跃的领域是植物生长调节,南京农业大学沈文飚教授课题组已经发表许多研究论文,其中在植物侧根生长调节方面的作用有系列研究论文。最新该课题组发表在Int. J. Mol. Sci. 2017, 18(10),2084;在次证明氢气在植物生长素下游信号调节中的重要地位。

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细菌和藻类的氢分子代谢已被广泛研究,最近氢气在动物和植物领域的作用受到越来越广泛的关注。对植物侧根生长中,来自植物细胞的内源性氢气的作用机制仍然不十分清楚。高等植物侧根形成是一个关键的生长发育过程,侧根形成受到激素和各种环境因素的影响,包括水、营养和非生物应力等。生长素调节和协调侧根原始细胞分裂和极化的侧根的起始过程。遗传和分子研究证据表明,生长素调节几种细胞周期调控基因刺激侧根的形成。抑草生是一种生长素极性运输,能明显阻塞生长素的侧根发育促进效应。

充足研究表明,一氧化氮是一种广泛分布生物效应气体分子,可调节植物的各种生理过程,在生长素的侧根发育促进效应也发挥重要角色。虽然对一氧化氮的相关生物学作用机制目前仍不完全清楚,药理学研究表明硝酸还原酶和一氧化氮合成酶主要参与一氧化氮水平的调节,也是影响该气体效应的关键调节分子。最新研究结果表面,氢气诱导侧根的形成也是一个普遍事件。

氢是宇宙中最广泛的元素,构成宇宙的基本质量的75%左右,氢气是世界上最轻气体,也是十分重要的生物学分子。在细菌、绿色藻类和高等植物的新陈代谢过程中,氢气都可以产生。先前研究发现,氢气主要是通过抗氧化和抗炎作用发挥疾病治疗作用,如氢气对内毒素诱导的肺组织损伤具有保护作用。没有毒性但具有抗氧化抗炎症可能是氢气能应用于临床的重要基础。类似于对动物疾病的保护作用,氢气可能是植物非生物压力下重要的生理功能调节分子。如氢气能缓解铝诱导紫花苜蓿根伸长抑制效应,参与黄瓜不定根形成。

虽然氢气对植物侧根生长具有重要调节作用,但是对氢气产生这种效应的分子基础仍不清楚。为回答这一问题,本研究发现氢气参与生长素诱导番茄幼苗侧根发育,用抑草生抑制生长素侧根体内过程。发现生长素能诱导植物细胞产生氢气,近一步采用分子和药物学方法研究发现,氢气促进侧根的形成由细胞周期调控基因调节。硝酸还原酶参与氢气诱导拟南芥侧根的形成。研究结果对理解植物生长素和信号调节根器官发生提供了新的数据和见解。

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总之,本研究发现,生长素影响氢气产生,氢气则通过一氧化氮信号调节,最终实现生长素侧根生长调节作用。这说明氢气是植物生长素发挥生物效应的信号调节分子,氢气的生物学作用地位显赫。不过,作为信号调节分子,氢气自身水平调节如代谢酶本质和活性调节方式等才是更重要的内容,这需要近一步深入研究。

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